锂电池之后的新电池 锂-空气电池首次实用化

2009-11-12 17:49:24来源: 技术在线

  虽然仍使用有机溶媒,但不同的是以全新的构成来提高电池的能量密度,这就是锂-空气电池。在这种尝试下,日本产业技术综合研究所与日本学术振兴会开发出了新结构的锂-空气电池。

  锂—空气电池的概念很早就提出来了。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质,因此理论上正极的容量密度是无限的,可加大容量。另外,如果负极使用金属锂,理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。

  不过,锂-空气电池至今都未普及。原因是存在致命缺陷,即固体反应生成物氧化锂(Li2O)会在正极堆积,使电解液与空气的接触被阻断,从而导致放电停止。

  日本产综研通过将电解液分成两种解决了这一问题。在负极(金属锂)一侧使用有机电解液,在正极(空气)一侧使用水性电解液。在两种电解液之间设置只有锂离子穿过的固体电解质膜,将两者隔开。这样便可防止电解液混合,并促进电池发生反应。

  负极采用金属锂条。负极用电解液组合使用的是含有锂盐的有机电解液。虽然不能弃用有机溶媒,但却限定了使用方法。正极用水性电解液使用碱性水溶性凝胶,与微细化后的碳和低价氧化物催化剂形成的正极组合。

  在该电池中,由放电反应生成的并非是固体的Li2O,而是容易溶解在水性电解液中的LiOH(氢氧化锂)。因此,氧化锂在空气电极堆积后,不会导致工作停止。另外,水及氮等也不会穿过固体电解质的隔壁,因此不存在与负极的锂金属发生反应的危险。而且,在充电时,如果配置充电专用的正极,还可防止充导电致空气电极的腐蚀和老化。

  以0.1A/g的放电率进行放电时,放电容量约为9000mAh/g。以前的锂-空气电池的放电容量仅为700~3000mAh/g,可以说实现了容量的大幅增加。

  另外,如果使用水溶液取代水溶性凝胶,便可在空气中以0.1A/g的放电率连续放电20天,其放电容量约为5万mAh/g,比原来高一位数。由于金属锂电池的容量原本就比锂离子电池高一位数,因此该数值共比锂离子充电电池高两位数。水溶液的性能较高,但在易用性上凝胶更为出色。今后需要考虑对这两者中的哪一个进行开发。

  这种技术还可考虑与单纯的充电电池不同的使用方法。如果不对电池进行充电,而是通过底座更换正极的水性电解液,以卡盒等方式补给负极的金属锂,汽车便可无需充电等待时间,立即行驶。通过回收用过的水性电解液,以电气方式重新生成金属锂,还可实现锂的反复使用。可以说是以金属锂为燃料的新型燃料电池。

关键字:锂电池  锂-空气电池  电解液  金属锂

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2009/1112/article_1411.html
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